Características básicas de las supercélulas en España - AEMET
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Características básicas
de las supercélulas en España
Supercélula anticiclónica en Ribafrecha (La Rioja), 1 de Julio de 2009
Foto © Antonio Carramiñana Calzada
José Antonio Quirantes Calvo
Jesús Riesco Martín
José Ángel Núñez Mora
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 1 -
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Edita:
© Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente
Agencia Estatal de Meteorología
Madrid, 2014
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NIPO: 281-14-008-X
https://doi.org/10.31978/281-14-008-X
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Características básicas de las supercélulas en España. Página - 2 -
ÍNDICE
1.- Introducción
2.- Revisión básica del concepto de supercélula
3.- Supercélulas en España: identificación y dificultades en su catalogación
4.- Casos de estudio
5.- Conclusiones
6.- Referencias
RESUMEN
Se presenta un trabajo de carácter divulgativo sobre las características básicas de las supercélulas en
España. Se analizará el concepto de supercélula y se presentarán ideas generales sobre patrones típicos en la
identificación de las mismas.
Palabras clave:
Supercélula, radar, observación visual, entornos convectivos severos, patrones radar, mesociclón, viento
radar Doppler, modelo conceptual.
Agradecimientos:
A todos los aficionados a la meteorología en España. Especialmente a los que comparten información de
tiempo severo en los foros, y en particular al foro de Meteored http://foro.tiempo.com/ y a sus colaboradores por la
información tan valiosa que muestran en el apartado de seguimiento de posibles supercélulas en España.
Al cazatormentas americano Mike Hollingshead, por la cesión de los derechos de reproducción de varias
de sus mejores fotografías de supercélulas para la documentación de este trabajo.
A los autores de las fotografías, Mike Hollingshead, José Antonio Gallego Poveda, David Mancebo
Atienza, Antonio Carramiñana Calzada, Alberto Lunas Arias, Manuel Massagué Conde, David Momblona Montiel,
Miguel Cívica Corrales y David Ávila.
Y a las personas que han revisado exhaustivamente el documento, Francisco Martín León, Ismael San
Ambrosio Beirán, Ramón Pascual Berghaenel, José Miguel Gutiérrez Núñez, David Momblona Montiel y Miguel
Cívica Corrales.
AEMET. 2014
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1.- Introducción
Aunque la existencia de supercélulas en España es un hecho incuestionable, este tipo de estructuras
convectivas deben ser caracterizadas, dentro de lo posible, bajo unos criterios objetivos y básicos para intentar ser
capaces de discriminar entre supercélulas y otro tipo de tormentas. El fin perseguido, aunque complejo, se
entiende necesario de cara a la consecución de una cierta unificación de ideas sobre algunas características
observacionales básicas de las supercélulas en España, estructuras por un lado mitificadas y por otra parte
trivializadas en ciertos sentidos.
Si bien es verdad que la generación de supercélulas en España no es un hecho demasiado raro, tampoco
es ésta la forma típica de célula convectiva observada, ya que predominan las estructuras unicelulares de escasa
organización o bien las multicelulares de organización media-alta. Esto es así porque para la génesis de una
supercélula son necesarias simultáneamente condiciones de inestabilidad y sobre todo de cizalladura vertical en
los primeros kilómetros de la atmósfera y de helicidad relativa a la tormenta, que deben tomar valores elevados,
algo no demasiado usual en la atmósfera.
Las supercélulas más severas del planeta se generan en las grandes llanuras de EEUU, por lo que sin
duda, una interesante opción para la elaboración de este trabajo fue acudir a las fuentes del conocimiento experto
en la materia. Para ello se han contrastado, de manera informal y particular, dudas teóricas y prácticas que han
ido surgiendo durante el proceso de elaboración de este documento, con la opinión de diversos meteorólogos
especialistas en convección severa en Estados Unidos.
El objeto de ese documento divulgativo no es una revisión teórica de la dinámica supercelular, sino que es
eminentemente práctico y se orienta hacia la caracterización de la identificación de supercélulas en España. No
obstante se requiere en primer lugar fijar algunos conceptos básicos y generales sobre este tipo de estructuras.
Por todo lo anterior el documento engloba los siguientes temas clave.
El capítulo 2 contiene una revisión básica teórica del concepto de supercélula, que como se verá contiene
cierta subjetividad en las definiciones existentes. No obstante se hará mención a las propiedades básicas, tipo de
supercélulas, dinámica e ingredientes necesarios para su formación.
El capítulo 3 versa sobre los modos de identificación, visual y a partir del radar, de las supercélulas en
general y en concreto en España, poniéndose de manifiesto las innegables dificultades existentes en bastantes
episodios.
El bloque 4 está dedicado a documentar casos concretos de supercélulas en España, tratando de plasmar
la diferente disponibilidad de información en cada caso, la existencia de distintos tipos de supercélulas y las
dificultades en algún episodio para su caracterización.
En el apartado 5 se introducen las conclusiones básicas que se recogen de modo esquemático.
Por último, se incluyen las referencias bibliográficas.
NOTA: Para que las personas neófitas en el tema de las supercélulas puedan seguir los conceptos usados en este
documento, se han incluido en las referencias diversos trabajos de interés en distintos campos relacionados
directa o indirectamente con las supercélulas. En especial se recomienda por su sencillez divulgativa introductoria,
la guía sobre fenomenología de tormentas severas llamada Weather Spotter´s Field Guide de la NOAA. También
muy ilustrativos son los módulos COMET (UCAR) relacionados con la convección. No obstante en la bibliografía
se incluyen algunos trabajos y referencias en internet que se entienden fundamentales. Por último hay que
destacar que en muchos casos se ha preferido utilizar la nomenclatura anglosajona, ampliamente seguida en la
terminología científica y por los grupos de aficionados y “cazatormentas”.
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2.- Revisión básica del concepto de supercélula
2.1.- Definición
Dentro de la convección organizada (bastante menos frecuente que la no organizada), básicamente nos
podemos encontrar con los siguientes sistemas o estructuras: multicélulas tipo “cluster” no estacionarias,
multicélulas tipo “cluster” estacionarias o con efecto de “tren convectivo”, líneas de turbonada o “squall-line” (con o
sin “bow-echoes”), sistemas convectivos de mesoescala (SCM), complejos convectivos de mesoescala (CCM),
“derechos” y supercélulas.
Las supercélulas, que fueron definidas originalmente por Browning (1962, 1964), representan la forma más
organizada, severa y de larga duración de la convección profunda aislada. En general, en todo el mundo, los
casos de severidad más grave están ligados a supercélulas. De hecho la gran mayoría de todos los reportes de
granizo de diámetro superior a 5 cm proceden de supercélulas, así como una buena parte de tornados violentos
(EF2 o superior). Las supercélulas también pueden provocar grandes cantidades de descargas eléctricas,
pudiendo superar tasas de 200 por minuto, y quizás de este hecho proceda su nombre original de supercélulas
(Markowski y Richardson, 2010).
Sin embargo hay un consenso actual en favor de definir las supercélulas merced a un criterio dinámico. De
acuerdo con esto, en la actualidad se suele definir una supercélula como una tormenta que posee un profundo
y persistente mesociclón (Doswell and Burgess, 1993), aunque esta caracterización puede verse sometida a
distintos matices e interpretaciones.
• Por profundo se puede entender, en general, que la distribución vertical del mesociclón afecte a
una significativa parte de la corriente ascendente del cumulonimbo en el que está, es decir, que
posea una profundidad de 1/3 ó 1/2 (según diferentes autores) del total, lo que significa
normalmente entre 3 y 6 kilómetros. Se puede decir que el mesociclón es una fracción, en
continua rotación, del total de la corriente ascendente.
• Por persistente se suele entender unas pocas decenas de minutos (escala convectiva).
Aproximadamente, sería el tiempo necesario para que una parcela de aire pasase desde la base
de la nube hasta su tope a través de toda la corriente ascendente del cumulonimbo. Del orden de
20’ a 30’.
Por tanto el mesociclón sería una zona en rotación, de vorticidad vertical con una magnitud del orden de
10-2 s-1 y con un ancho horizontal de entre 3 y 10 km, aproximadamente. Así, quedarían fuera del concepto de
supercélula diferentes vórtices de pequeña escala, o poco profundos, o de escasa duración, que frecuentemente
se observan asociados a la presencia de inestabilidad y cizalladura, por ejemplo en frentes de racha.
Figura 2.1. Tormenta supercelular y posibles elementos asociados (que se verán más adelante en el texto).
Fuente: Weather Spotter’s Field Guide. National Weather Service (NWS).
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2.2.- Tipos de supercélulas
2.2.1- Supercélulas clásicas, LP y HP
Todas las supercélulas contienen rotación a escala convectiva, detectable mediante la visualización de
estrías o una apariencia de sacacorchos en la corriente ascendente. Dentro de las categorías de supercélulas hay
diferencias en función de su aspecto (Doswell y Burguess, 1993), especialmente a partir de la cantidad y
distribución espacial de la precipitación (si cae cerca o lejos de la corriente ascendente), lo cual permite distinguir
unas supercélulas de otras.
Supercélulas LP
Producen una cantidad de precipitación relativamente pequeña mostrando claros signos visuales de
rotación. Estas tormentas son las denominadas supercélulas de baja precipitación (figura 2.2), Low Precipitation
supercells -LP- (Bluestein and Parks, 1983), que normalmente dan poca señal de la rotación en las imágenes
radar. Frecuentemente presentan forma de poste de barbero o sacacorchos, y la precipitación suele estar bien
separada de la corriente ascendente debajo de la base nubosa.
Figura 2.2. Reproducción de una supercélula LP. Fuente: Weather Spotters Field Guide (NWS).
Supercélulas HP
Son el tipo opuesto al anterior, y se llaman supercélulas de alta precipitación (figura 2.3), High Precipitation
supercells -HP-. Suelen mostrar intensa reflectividad radar en la zona del gancho. Al formarse en entornos de
importante humedad y nubosidad, la rotación suele ser difícilmente observable a simple vista, ya que a menudo la
precipitación envuelve a la corriente ascendente y puede ocultarla. Algo similar ocurre a veces con la ocultación de
la pared nubosa por precipitación intensa. Sin embargo, sí producen una significativa señal en el radar.
Figura 2.3. Reproducción de una supercélula HP. Fuente: Weather Spotters Field Guide (NWS).
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Supercélulas clásicas
Se encuentran entre los dos extremos de supercélulas de baja y alta precipitación. Las supercélulas
clásicas son fácilmente detectables visualmente y a partir del radar. Además pueden producir una variada gama
de tiempo severo asociado. Según observaciones hechas por cazatormentas la mayoría de las supercélulas en
España serían de esta categoría, mientras que las más frecuentes en EEUU son las HP. En estos casos la
precipitación intensa cae junto a la corriente ascendente.
Figura 2.4. Reproducción de una supercélula clásica. Fuente: Weather Spotters Field Guide (NWS).
2.2.2- Minisupercélulas
Estudios usando el radar Doppler del National Weather Service de EEUU (WSR-88D), han puesto de
manifiesto la existencia de un cierto número de supercélulas que son más pequeñas en extensión horizontal y
vertical que las de las grandes Llanuras (Burgess et al, 1995). Posteriores estudios a partir de modelización, tales
como el de Wicker y Cantrell (1996), han demostrado que las minisupercélulas siguen teniendo las mismas
características, aunque a una escala menor. Entre ellas se encuentran algunos de los patrones clásicos de
supercélulas que luego se revisarán brevemente en este documento, tales como los ecos en gancho, las zonas
WER y BWER y los mesociclones. Estos mesociclones parecen disponer de menor velocidad de giro, diámetro
inferior y extensión vertical más pequeña al compararlos con los de las supercélulas típicas de las grandes
llanuras norteamericanas.
En España, un cierto número de supercélulas (10-15%) tiene propiedades similares a las minisupercélulas
americanas, presentando una estructura similar a las supercélulas clásicas, pero con dimensiones menores en
cuanto a tamaño horizontal y vertical. Son supercélulas en miniatura o minisupercélulas, pero en esencia,
supercélulas, con la típica estructura radar que veremos más adelante.
Figura 2.5. Ejemplo de mini-supercélula producida en Sisante (Cuenca), 27-agosto-2008.
Foto © José Antonio Gallego Poveda
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2.3- Resumen de la dinámica de las supercélulas
Existen dos importantes características diferenciales de las supercélulas respecto a los demás tipos de tormentas.
• Presencia de una intensa corriente ascendente que contiene un profundo y persistente mesociclón.
El sentido del giro de la corriente ascendente puede ser ciclónico (mesociclón) o anticiclónico
(mesoanticiclón), por lo que existirán supercélulas ciclónicas y supercélulas anticiclónicas.
• Anómala naturaleza de su propagación, desviándose de manera significativa del flujo del viento rector o
respecto al movimiento observado del resto de las tormentas de su entorno. Las supercélulas ciclónicas
(anticiclónicas) tienden a desviarse hacia la derecha (izquierda) del viento medio, a veces de manera muy
significativa.
2.3.1.- Corriente ascendente en un entorno de cizalladura unidireccional
A continuación se resumen de manera sencilla algunas de las particularidades básicas de la dinámica
supercelular, utilizando contenido didáctico extraído del módulo COMET denominado “Principios de Convección
III. Cizalladura y tormentas convectivas”. Se supone que nos encontramos en el Hemisferio Norte.
Un perfil atmosférico que en los tres primeros kilómetros de la vertical (aproximadamente) presenta
cizalladura vertical unidireccional (sin cambio de dirección), conduce a giros verticales (figura 2.6.izda), o sea, a la
creación de vorticidad horizontal. También los gradientes horizontales de empuje hidrostático generan vorticidad
horizontal. En la figura 2.6.dcha se observa cómo de la expansión lateral de una bolsa de aire frío se genera
vorticidad horizontal negativa en el borde derecho y vorticidad horizontal positiva en el margen izquierdo.
Figura 2.6. Izda: Cizalladura vertical de viento promotora de vorticidad de eje horizontal. Dcha: vorticidades opuestas
generadas a ambos lados de los bordes de una bolsa de aire frío. Fuente: The Comet Program
A partir de la regla de la mano derecha podremos saber si la vorticidad horizontal es ciclónica o anticiclónica
(figura 2.7).
Figura 2.7. Vorticidad horizontal anticiclónica fruto de la existencia de cizalladura vertical de viento (sólo en intensidad). Se
observa cómo el vector vorticidad horizontal es perpendicular al vector cizalladura. Fuente: The Comet Program
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Si consideramos una corriente ascendente, se generará vorticidad horizontal a ambos lados, positiva a la
derecha y negativa a la izquierda. En un entorno sin cizalladura vertical de viento, la vorticidad horizontal positiva
se mantiene en equilibrio con la vorticidad horizontal negativa y la corriente ascendente sigue una trayectoria
vertical, sin inclinarse (figura 2.8.izquierda).
En cambio si la cizalladura vertical del viento es profunda, la vorticidad horizontal asociada a esta capa de
cizalladura profunda, se añade a la vorticidad horizontal debida al gradiente de empuje hidrostático en la corriente
ascendente. Esto provoca la inclinación de la tormenta hacia el lado en que la vorticidad horizontal tiene el mismo
signo que el entorno. O sea, la tormenta se inclina hacia el vector cizalladura, es decir, en la dirección de
propagación de la cizalladura (figura 2.8.derecha).
Figura 2.8. No inclinación (inclinación) de la corriente ascendente en entorno de no cizalladura (cizalladura) vertical de viento.
Fuente: The Comet Program
Podemos tener en cuenta además otro efecto debido a la interacción entre la cizalladura y la corriente
ascendente. Si la columna de aire ascendente bloquea parcialmente el flujo ambiental, crea un efecto dinámico de
alta presión relativa en el lado de donde procede la cizalladura, y de baja presión en el de la dirección de
propagación de la cizalladura de la corriente ascendente (figura 2.9). El factor que realmente provoca la inclinación
de la parcela ascendente en la dirección de propagación de la cizalladura, provocando la inclinación de la corriente
convectiva, es la fuerza del gradiente de la presión desde la zona de alta presión hasta la de baja presión que
atraviesa la corriente ascendente.
Figura 2.9. Patrón de la disposición de perturbación de presión lineal asociada a un perfil de cizalladura vertical
unidireccional. Fuente: The Comet Program
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Lo que ocurre por tanto con una corriente vertical en un entorno de cizalladura unidireccional, es que el rodillo
de vorticidad horizontal inicial es inclinado por la corriente ascendente, convirtiéndose en un par de rodillos de
giros opuestos (Weisman, 1982), tal y como sugiere la figura 2.10. Estos vórtices se forman en los bordes
izquierdo y derecho de la corriente vertical y están asociados a bajas dinámicas. Dentro de estas bajas a escala
de tormenta, la presión es más baja en niveles medios, donde la corriente vertical (y por tanto la inclinación de la
vorticidad horizontal) es más intensa (figura 2.10).
Figura 2.10. Izda. Inclinación de los vórtices horizontales por una corriente vertical ascendente en un entorno de cizalladura
unidireccional. Dcha: Modelo conceptual de las bajas a escala tormentosa asociadas con la circulación en niveles medios a
ambos bordes de la corriente vertical ascendente. Fuente: The Comet Program
Como resultado, la fuerza del gradiente de presión debida a la perturbación de la corriente ascendente
genera otros nuevos ascensos cerca del centro de cada vórtice de niveles medios. Este desarrollo ensancha la
corriente ascendente original mediante el crecimiento de nuevos e intensos ascensos en los lados izquierdo y
derecho. Una vez que la corriente ascendente (updraft) no soporta el peso de la precipitación, ésta comienza a
desplomarse sobre la propia corriente ascendente (figura 2.11). La tormenta original se divide en dos,
generándose dos células independientes. Es lo que se denomina “storm splitting” (una división de la tormenta en
dos).
Figura 2.11. Esquema de la división tormentosa (“storm-splitting”) en dos células. Fuente: The Comet Program
A un storm-splitting se llega a partir de entornos convectivos con grandes valores de cizalladura vertical
unidireccional. Tras un storm-splitting (figuras 2.11 y 2.12) habrá en total 4 vórtices, dos asociados a las dos
corrientes ascendentes y otros dos a las corrientes descendentes. Después del storm-splitting es frecuente que
una de las tormentas progrese a supercélula, dependiendo del tipo de cizalladura que se encuentren ambas
células en su trayectoria, aunque también es posible que las dos o ninguna se convierta en supercélula.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 10 -Figura 2.12. “Storm-splitting” en Madrid-Guadalajara. Arriba: flujos asociados.
Abajo: evolución de las dos tormentas vistas por el radar de Madrid Fuente: J. A. Quirantes, 2012 y AEMET.
2.3.2.- Supercélulas: hodógrafas, tipos de vorticidad horizontal, helicidad, dinámica básica y desvíos
Hodógrafa
Se ha visto como desencadenante el caso concreto de entorno inestable con cizalladura unidireccional (sin
cambio de dirección en la vertical). Sin embargo en la naturaleza hay distintos tipos de perfiles verticales de
variación del viento.
En este sentido, la hodógrafa es una herramienta gráfica que permite evaluar la cizalladura del viento.
Viendo una hodógrafa nos podemos hacer una idea rápida de cómo varía el viento en la vertical de un lugar.
En un entorno convectivo resulta sumamente importante comprender la estructura de cizalladura vertical
del viento para discriminar el tipo de convección que puede desarrollarse, el lugar donde pueden formarse nuevas
tormentas, la probabilidad de que se formen tormentas supercelulares e incluso el movimiento de una tormenta o
un sistema de tormentas.
Las supercélulas se forman en entornos de destacables valores de cizalladura vertical de viento, o sea en
entornos con hodógrafas largas. Estas hodógrafas con frecuencia son curvas, aunque el ambiente favorable para
supercélulas no lo requiere necesariamente.
• Hodógrafa recta: lleva a la generación de un storm splitting, con una célula ciclónica (derecha), y
otra anticiclónica (izquierda). Climatológicamente en el hemisferio norte, aunque ambas células (o
ninguna) pueden progresar a supercélula, es más probable que lo haga la célula ciclónica.
• Hodógrafas curvas: generación de una supercélula con giro ciclónico en casos de cizalladura
clockwise (variación del viento con la altura en el mismo sentido del avance de las agujas del
reloj), o de una supercélula con giro anticiclónico en casos de cizalladura counterclockwise
(variación del viento con la altura en sentido opuesto al de avance de las agujas del reloj).
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 11 -Tipo de vorticidad horizontal y helicidad
El factor crucial para saber si una tormenta evolucionará o no a supercélula es el tipo de vorticidad
horizontal que alimenta a la tormenta en su trayectoria.
De hecho una forma interesante de descomponer la vorticidad horizontal ωh es en la dirección paralela a
la velocidad relativa a la tormenta (v-c), obteniéndose la llamada vorticidad streamwise, y en la normal a esa
dirección, llamada vorticidad crosswise (figura 2.13).
Figura 2.13. Tipos de vorticidad horizontal: “crosswise” y “streamwise”. Fuente: Markowski y Richardson, 2010
La vorticidad streamwise es clave, pues, cuando aparece en una corriente ascendente, ésta adquiere una
rotación vertical neta, diciéndose que el flujo es helicoidal o contiene helicidad relativa a la tormenta.
Precisamente la helicidad relativa a la tormenta (Storm Relative Helicity) es el producto de la vorticidad
streamwise y la velocidad relativa a la tormenta.
Este parámetro de helicidad relativa a la tormenta es crucial en la dinámica supercelular. Normalmente
se integra en toda la profundidad de la capa de alimentación en niveles bajos de la tormenta (usualmente los
primeros 3 km, aunque su valor es realmente variable en cada tormenta).
En resumen, las supercélulas se forman en entornos con importante cizalladura vertical en los primeros
kilómetros, lo que genera vorticidad horizontal. A la vorticidad la podemos descomponer en dos componentes:
vorticidad streamwise (paralela al flujo relativo que alimenta la tormenta en capas bajas), y vorticidad crosswise
(perpendicular al flujo relativo que alimenta la tormenta). La magnitud que cuantifica esta disponibilidad del entorno
para que se genere una supercélula es la helicidad relativa a la tormenta, y da una idea del valor de la
componente streamwise de la vorticidad.
Dependiendo de cómo se oriente esta vorticidad respecto al flujo que alimenta la tormenta en capas bajas,
y del perfil de cizalladura vertical existente, así será el tipo de la tormenta que se genere. Se presentan tres
posibles casos, ver figura 2.14:
Caso a: cizalladura vertical unidireccional y vorticidad crosswise.
Predomina la vorticidad crosswise (perpendicular al flujo que alimenta la tormenta en niveles bajos), con
cizalladura vertical unidireccional. Se formará un storm-splitting, una división de la tormenta en dos células
simétricas, pero en la que ninguna de ellas posee una rotación neta en su corriente ascendente (updraft). Ambas
se moverían separándose paulatinamente y debido a ese desvío alguna de las dos podrá adquirir posteriormente
vorticidad streamwise y evolucionar a supercélula. En este caso, todavía no hay desvío (flecha amarilla hacia
delante) o éste no es lo suficientemente intenso, por lo que aún no está correlacionada la velocidad relativa a la
tormenta (v-c) con la vorticidad horizontal en niveles bajos ωh. Tampoco está correlacionada la vorticidad, una vez
se ha puesto vertical ωv, con la velocidad vertical de la corriente ascendente w. Ello da como resultado que los
vórtices formados quedan situados a los lados de la corriente ascendente, no centrados con ella, por lo que no hay
una rotación neta de la corriente ascendente. No es una supercélula.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 12 -Caso b: cizalladura vertical unidireccional y vorticidad streamwise adquirida por desvío.
Una vez se desarrolla el storm-splitting, los dos miembros se separan progresivamente. Cuanto más se separen
(más se desvíen), más posibilidades hay de convertirse en supercélula. En el caso b de la figura 2.14 se muestra
solamente la separación del miembro de la derecha (flecha amarilla hacia un lado). Este miembro, el ciclónico,
adquiere, por razón de este desvío, vorticidad streamwise, convirtiéndose posiblemente en una supercélula. En
este caso, y a pesar de tratarse de un entorno con cizalladura unidireccional, si empieza a estar correlacionada
la velocidad relativa a la tormenta (v-c) con la vorticidad horizontal en niveles bajos ωh y también se correlacionan
la vorticidad vertical ωv con la velocidad vertical de la corriente ascendente w. De igual manera ocurriría con el
miembro anticiclónico, aunque las posibilidades de convertirse en supercélula suelen ser menores debido a que,
climatológicamente, en el hemisferio norte el perfil de viento favorece el desarrollo de las supercélulas ciclónicas.
En el hemisferio sur ocurriría justamente lo contrario.
Fig. 2.14. Tipos de vorticidad/cizalladura y tipos de tormentas asociados.
Flecha amarilla gruesa marca el movimiento de la tormenta.
Flecha blanca, flujo que alimenta la tormenta.
La “S” muestra en los tres casos el vector cizalladura.
Fuente: Markowski y Richardson (adaptadas).
Caso c: cizalladura vertical direccional y vorticidad streamwise previa en el entorno.
Predomina en el entorno la vorticidad streamwise (paralela al flujo alimentador), con cizalladura vertical
direccional. Se generará una supercélula con una updraft que presentará rotación neta sin necesidad de que se
produzca previamente un storm-splitting. En este caso, si está correlacionada la velocidad relativa a la tormenta
(v-c) con la vorticidad horizontal en niveles bajos ωh y también se correlacionan la vorticidad vertical ωv con la
velocidad vertical de la corriente ascendente w (más aún que en el caso anterior), por lo que la rotación será más
intensa. El resultado es que el vórtice generado en niveles medios es concéntrico con el centro de la updraft,
generándose un flujo helicoidal en la corriente ascendente. Si la cizalladura direccional fuera del tipo
counterclockwise se formaría una supercélula anticiclónica. Obsérvese en la figura como el tamaño del vórtice
dibujado en niveles medios representa una vorticidad/rotación mayor en los casos b y c que en el caso a.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 13 -Dinámica básica de una supercélula
La creación del mesociclón implica la existencia de rotación (vorticidad vertical) en una capa de varios
kilómetros de espesor, con un máximo en niveles medios. Dicho máximo situado en medio de la corriente
ascendente está directamente relacionado con el máximo de velocidad ascensional.
La vorticidad vertical crea un máximo de presión que provoca una perturbación dinámica de presión de
abajo hacia arriba, lo que hace que desde las capas medias se aspire aire procedente de los niveles inferiores, el
cual, asciende en forma helicoidal. Esta fuerza ascensional incrementa la intensidad de la corriente (updraft),
inicialmente debida a la inestabilidad atmosférica. Por otra parte y debido a la variación vertical del vector
cizalladura, en cada nivel se genera otra perturbación horizontal de presión que hará que la corriente ascendente
se regenere continuamente y se desvíe hacia un lado dependiendo de las características propias del entorno de la
tormenta.
Desvíos de las supercélulas
Debido a causas dinámicas comentadas, las supercélulas se desvían (propagan) respecto a la trayectoria
marcada por el viento medio rector en capas medias.
• Las supercélulas ciclónicas (en el hemisferio norte, H.N.), con variación vertical de viento con la
altura en el sentido de las agujas del reloj, se desvían hacia la derecha del viento medio (más
propiamente del vector cizalladura media), y se llaman right moving supercells.
• Las supercélulas anticiclónicas (H.N.), con variación vertical de viento con la altura en sentido
contrario al de las agujas del reloj, se desvían hacia la izquierda (más propiamente del vector
cizalladura media), y se llaman left moving supercells.
La figura 2.15 es un resumen del tipo de cizalladura, y por tanto de la hodógrafa, y la clase de estructura
resultante.
STORM - SPLITTING SUPERCÉLULA CICLÓNICA SUPERCÉLULA ANTICICLÓNICA
Figura 2.15. Tipos de cizalladura y estructuras convectivas resultantes.
Fuente: The Comet Program y Weisman and Klemp
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 14 -2.3.3.- Estructura y fases de las supercélulas
Esquemáticamente en la figura 2.16 podemos visualizar la estructura de una supercélula en capas bajas,
donde las líneas de corriente son relativas al suelo. En rojo se representa el borde de la zona de ecos que
mostraría el radar.
Existe una amplia zona de ecos, corriente abajo, con flujo divergente, representando la corriente
descendente del flanco delantero (FFD: Forward Flank Downdraft)
Hay otra zona de descensos en la parte trasera, que rodea a la circulación ciclónica en niveles medios y
que puede producir una estructura en forma de gancho. Es la corriente descendente del flanco trasero (RFD: Rear
Flank Downdraft).
Dos microfrentes de racha, uno del flanco trasero (rear flank gust front) debido a la precipitación del flanco
trasero que canaliza al flujo que alimenta a la célula en niveles bajos, formándose una columna de aire
ascendente muy marcada, y otro asociado al flanco delantero.
En amarillo se encuentra la zona de la corriente ascendente giratoria (UpDraft)
La tornadogénesis suele ubicarse con más probabilidad en el área próxima al gancho de reflectividad
radar, donde existe mayor cizalladura y gradiente de reflectividad. Se denota con una “T” en la figura 2.16. No
obstante, sólo en un pequeño porcentaje de supercélulas se producen tornados.
Figura 2.16. Estructura de una supercélula vista desde arriba. Fuente: Lemon y Doswell, 1979
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 15 -Seguidamente, y haciendo uso de la figura 2.17, se comentan las principales características básicas y
duración orientativa y aproximada de cada fase del ciclo de vida simplificado para una supercélula típica de unas 2
horas de duración. Algunos de los elementos que se describen serán detallados más adelante a lo largo de este
documento.
Fase Inicial (30 minutos)
Se origina la corriente ascendente (UpDraft) en rotación que termina formando un mesociclón. Es observable la
nube llamada "inflow cloud".
Fase de Desarrollo (aparición del mesociclón) (30 minutos)
En esta fase está presente el UpDraft/mesociclón y se forma la FFD (corriente descendente del flanco delantero).
Se desarrolla el frente de racha de la FFD.
Fase de Madurez (60 minutos)
Se forma, además, la RFD (corriente descendente del flanco trasero). Coexisten UpDraft/mesociclón, FFD y RFD
en retroalimentación y estado cuasi-estacionario. Aquí surgen, en niveles bajos, los siguientes elementos nubosos
más característicos de una supercélula: "wall cloud", "tail cloud" y "beaver tail".
Fase de Colapso (30 minutos)
Se desarrolla el frente de racha de la RFD. Surge el clear-slot. Una parte de la RFD llamada occlusion downdraft,
ocluye a la UpDraft. La FFD y RFD forman una única corriente descendente (downdraft) y la UpDraft desaparece o
vuelve a regenerarse (mesociclogénesis). En esta fase de colapso puede aparecer un tornado.
Figura 2.17. Circulaciones mesoescalares en las distintas fases de una supercélula. Fuente: Lemon y Doswell, 1979
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 16 -3.- Supercélulas en España: identificación y dificultades en su catalogación
En este apartado se describen las principales características de las supercélulas en España y los entornos
favorables para su formación.
3.1.- Entornos supercelulares en España
La física asociada a las supercélulas es la misma en España que en la zona de las Llanuras de Estados
Unidos que es donde, en general, se desarrollan y observan las supercélulas más violentas en la Tierra. Por tanto,
la existencia de una corriente giratoria ascendente y persistente es tan cierto en las supercélulas españolas como
en las americanas. La diferencia es que en España rara vez se encuentran entornos meteorológicos favorables a
la formación de supercélulas con valores tan elevados de energía potencial convectiva disponible (CAPE) como en
Estados Unidos. Aparte, otros parámetros clave (como la cizalladura vertical o la helicidad relativa a la tormenta)
también presentan valores bastante más bajos que los típicos de Norteamérica en entornos supercelulares.
Pero los patrones observacionales y elementos de las nubes supercelulares, tanto a simple vista como en
radar, son análogos en las americanas y las españolas. En general, los mesociclones en España suelen ser más
pequeños, horizontal y verticalmente, que los clásicos de Estados Unidos, y por tanto presentan giros menos
intensos y con ciclos de vida de menor duración. No obstante, una importante severidad sigue estando presente,
prácticamente siempre, en cualquier tipo de supercélula. Como consecuencia en España los parámetros
ambientales toman en general valores menores que en Norteamérica y por ello las rotaciones mesociclónicas son
a la par menos intensas y duraderas. En cualquier caso, los entornos meteorológicos favorables a la formación de
supercélulas deben ser siempre proclives a la organización de la convección, es decir, existencia de elevados
valores de cizalladura vertical del viento en los primeros kilómetros de la vertical. Se ha constatado que en España
las supercélulas superan ciertos valores umbrales (de manera aproximada) propios de nuestro territorio, y en
muchas ocasiones alejados de los valores bibliográficos de referencia propios de las supercélulas de Estados
Unidos.
Así, muchas de las supercélulas en España superan determinados umbrales en variables consideradas clave
en los entornos supercelulares, como SBCAPE (Surface Based CAPE: Energía potencial convectiva desde
superficie), CIZ6 (cizalladura en los seis primeros kilómetros) y SRH3 (helicidad relativa a la tormenta en los tres
primeros kilómetros). Aunque no es estrictamente necesario, en no pocas situaciones los ambientes en los que se
desarrolla una supercélula en España superan simultánea y respectivamente los valores de 200 J/kg, 9 m/s y 100
m2/s2 para las citadas variables.
Pero hay que hacer una importante salvedad. A veces los modelos (o sondeos próximos) marcan una SRH3
significativamente inferior al mencionado valor umbral, pudiéndose formar también supercélulas cuando concurran
valores suficientemente apropiados de inestabilidad y cizalladura. Esto es así porque existen mecanismos que
generan un incremento importante de helicidad relativa a la tormenta a una escala que no es bien simulada por los
modelos o porque éstos no utilizan los últimos métodos optimizados de cálculo del desvío pronosticado de la
tormenta (método de Bunkers). De hecho los modelos no representan adecuadamente elementos que influyen
decisivamente en el movimiento (intensidad y dirección) de la tormenta, tales como fronteras locales (frentes,
líneas secas, orografía local, etc.). Por tanto variaciones provocadas por los citados factores pueden hacer variar
radicalmente los valores locales de SRH y hacerlos muy distintos de los del entorno. Precisamente en el
experimento VORTEX realizado en Estados Unidos (Markowski et al., 1998) se comprobó la gran variabilidad
espacio temporal de la helicidad relativa a la tormenta, variable clave en la génesis supercelular. También suele
ser preferible no usar un estrato vertical fijo para calcular la helicidad, sino lo que se denomina la capa efectiva,
variable en cada caso, que es en la que se alimenta la tormenta.
Además, hay que tener en cuenta que en ciertas ocasiones, sin existir una SRH3 significativa o
directamente con valores de SRH3 próximos a cero, se forman también supercélulas en cualquier parte del
mundo, siempre que haya una gran CIZ6 (cizalladura vertical unidireccional de los primeros 6 km) y un SBCAPE
equilibrados. En estos entornos se producen “Storm-Splittings” que en ocasiones, como se explicó en el capítulo 2
(figura 2.14) pueden terminar generando una supercélula.
Aunque los umbrales no deben ser tenidos en cuenta de manera estricta, sí pueden servir como referencia
orientativa de entornos bastante favorables al desarrollo supercelular, especialmente si los modelos prevén una
significativa superación de los valores presentados. Lo anterior no es óbice para que haya casos en que los
modelos por ejemplo sean incapaces de simular alguna de dichas variables, y por ejemplo infraestimen de manera
grave el valor local real de la helicidad relativa a la tormenta.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 17 -A su vez, dentro de los entornos generales de supercélulas en España, podemos encontrar dos
subvariedades bien diferenciadas.
HSLC (High Shear Low CAPE). En estos casos hay gran cizalladura (CIZ6 > 9 m/s) y CAPE pequeño
(SBCAPE < 500 J/kg aproximadamente). En esta categoría se pueden distinguir dos clases:
o Supercélulas con convección profunda pero con CAPE “reducido”.
o Minisupercélulas, generalmente más típicas de época fría, con tropopausa baja y escaso
desarrollo vertical aunque gran cizalladura.
HSHC (High Shear High CAPE). Son las supercélulas de gran cizalladura y elevado CAPE, o sea las que más
se parecen, salvando las distancias, a las típicas de Estados Unidos.
Oficialmente no existe un cómputo anual de supercélulas en España. Sin embargo existen estadísticas
oficiosas, como por ejemplo la del subforo de “Tiempo Severo” de Meteored, confeccionada por un numeroso
grupo de cazatormentas durante los últimos diez años, que sostiene que se vienen produciendo durante cada año
unas 100 posibles supercélulas sobre zona terrestre en España, de ellas unas 40 supercélulas confirmadas y otras
60 presuntas supercélulas, debido a que en algunos casos es muy difícil establecer con certeza el tipo de
estructura convectiva o bien no se dispone de su confirmación objetiva por medio del producto radar de viento
Doppler. Esta cifra vendría a corroborar que las supercélulas no son estructuras tormentosas demasiado raras. No
obstante hay que hacer la salvedad de que la mayoría de ellas no poseen la intensidad, severidad y espectacular
apariencia de las originadas en los Estados Unidos. También de esa estadística no oficial, y en primera
aproximación, se podría inferir que, aproximadamente, un 30% de los casos de supercélulas ocurridas en España
provienen de un storm-splitting.
Sin embargo las supercélulas, en general, son muy eficientes a la hora de ocasionar tiempo severo en
España, tal como granizo mayor de 2 cm de diámetro, y/o rachas de viento > 100 km/h y/o tornados. Lo más
usual son vientos fuertes y granizo grande, ya que es poco frecuente la aparición de tornados asociados a
supercélulas. En cuanto a la precipitación, suele ser en general bastante intensa al paso de la supercélula
(excepto en algunos casos de supercélulas LP). Sin embargo si el paso de la supercélula es rápido las
precipitaciones pueden ser muy intensas pero de corta duración, registrándose toda la cantidad de agua recogida
en unas pocas decenas de minutos. Por el contrario las supercélulas tipo HP que se mueven de manera lenta son
muy peligrosas ya que pueden totalizar grandes cantidades de precipitación y causar graves inundaciones. Por
último, hay que mencionar que normalmente las supercélulas presentan un importante aparato eléctrico,
fundamentalmente constituido por descargas intranube, casi continuas, que configuran un “rumor” mantenido de
truenos, característico de las supercélulas. También se producen intensos rayos nube-tierra de polaridad positiva,
que caen desde gran altura, sobre todo en la interface entre la updraft y la FFD.
3.2.- Morfología básica de una supercélula a simple vista
En primer lugar hay que recordar la gran cantidad de giros observables en las nubes, de distintas escalas,
intensidades y duraciones, que no tienen nada que ver con la presencia mesociclónica ligada indefectiblemente a
la existencia supercelular. Por tanto, hay ocasiones en que ciertos patrones observacionales nos pueden llevar a
dudar sobre si lo que estamos viendo puede ser una supercélula o no, especialmente si el observador no es una
persona experimentada en la identificación de estructuras supercelulares.
Por otra parte, en los casos de supercélulas, las condiciones ambientales atmosféricas deben ser proclives
a la convección organizada y ricas en helicidad. En este sentido habrá muchos días en que podemos descartar la
generación de supercélulas.
Como ya se ha comentado, la clave en la identificación supercelular es la observación de un giro
mesoescalar de cierta profundidad, a escala de la tormenta y con una duración de al menos unos 20 minutos. En
bastantes ocasiones la visualización posterior de una animación filmada mediante la técnica time-lapse, que
permite imprimirle más velocidad a la animación, es muy útil para poder detectar todavía de una manera todavía
más precisa el giro solidario, extenso y persistente del mesociclón.
Hay más patrones típicamente atribuibles a las supercélulas cuya visualización nos indica que con alta
probabilidad estamos ante una supercélula. No obstante hay situaciones complejas que nos impiden disponer de
una buena perspectiva, o bien existen impedimentos visuales que no permiten identificar las características típicas
debido a la propia precipitación intensa o bien a nubes u otros obstáculos interpuestos.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 18 -Desde luego, una combinación entre la observación visual y la exploración a partir de imágenes de un
radar Doppler puede resultar muy conveniente para confirmar categóricamente o afirmar con alta fiabilidad el
avistamiento de una supercélula.
En la figura 3.1 podemos ver algunos de los patrones visuales característicos de las supercélulas, que se
irán posteriormente describiendo, aunque cada tormenta supercelular puede presentar una morfología con sus
propias variantes y particularidades, aparte de los condicionantes relativos inherentes a la posición del observador
respecto a la tormenta.
Figura 3.1. Circulaciones y morfología de una supercélula. Fuente: http://www.cobaltocumulus.com/supercell.html
Al divisar una supercélula en su fase de madurez desde una posición idónea (zona coloreada de verde en
la figura 3.3 para una supercélula ciclónica en el hemisferio norte), deberíamos poder en muchos casos distinguir
las corrientes descendentes de los flancos delantero y trasero (FFD: Forward Flank Downdraft y RFD: Rear Flank
Downdraft), así como la corriente con ascenso helicoidal (Updraft), tal y como se muestra en la figura 3.2.
Concretamente deberíamos poder observar:
• Una rotación persistente en gran parte de la corriente ascendente (mesociclón), que es la zona
que queda situada por encima de la base circular libre de lluvia. Esta rotación puede afectar
solamente a los niveles medios de la updfraft o también, además, a los niveles bajos. No siempre
la rotación es visible a simple vista.
• Una corriente descendente principal de precipitación en el flanco delantero de la tormenta (FFD),
quedando ésta última totalmente separada (desacoplada) de la corriente ascendente en rotación.
Esta zona es donde se suelen producir más descargas eléctricas.
• Una zona trasera de descenso (RFD), que es una región de aire seco que afecta a la parte de
atrás de la circulación de la tormenta. Suele estar acompañada de una zona concentrada y
reducida de precipitación que parece surgir desde debajo de la updfraft, aunque realmente está
“abrazándola” alrededor suyo.
Una rotación fuerte favorece la intensificación de la corriente ascendente, la persistencia y la organización
de toda la estructura supercelular (figura 3.4). Asimismo, la temperatura y la humedad en la zona de descenso del
flanco trasero (RFD) juegan un papel decisivo en la posible formación de un tornado mesociclónico, el cual se
produce tan sólo en un pequeño porcentaje de supercélulas. El tiempo severo que acompaña a las supercélulas
puede ser: granizo grande y posible precipitación muy intensa justo al lado de la zona de ascenso, granizo de
menor tamaño y precipitación de menor intensidad en zonas más alejadas de la corriente de ascenso, vientos
descendentes intensos sobre todo en la parte trasera, asociados al RFD, y en ocasiones un tornado.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 19 -Figura 3.2. Principales ascensos y descensos en una supercélula.
Corriente ascendente en rotación, updraft/mesociclón en color rojo.
Corrientes descendentes FFD y RFD en color azul.
Foto © Mike Hollingshead
.
Figura 3.3. En color verde zona de visualización idónea para un observador que quiere identificar las principales
características morfológicas de una supercélula ciclónica en el hemisferio norte que se mueve de “8” a “2”.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 20 -Figura 3.4. Esquema de una supercélula. Adaptación de imagen del National Severe Storms Laboratory del NWS.
Veremos a continuación algunos elementos muy característicos y significativos, siguiendo un orden
aproximadamente de arriba abajo en el esquema de la figura anterior.
Vista desde lejos, podremos identificar la torre tormentosa principal, que es en realidad la
representación de la corriente ascendente desde su base próxima al suelo hasta el tope nuboso. Esta torre
principal puede presentar las siguientes propiedades:
• Bordes bien definidos.
• Apariencia de coliflor.
• Rotación visible en niveles medios y/o bajos y posible presencia de estrías en las nubes, síntoma
de la rotación existente (a veces cuesta apreciar esta rotación a simple vista).
Otro elemento diferenciador es que el yunque aparece más denso (yunque masivo) (figura 3.5), que en
los típicos cumulonimbos y con una disposición hacia atrás en su parte trasera (back-sheared anvil), en oposición
al flujo en niveles altos (figura 3.6). De este yunque masivo suelen colgar nubes tipo mammatus (figura 3.8),
mucho más densas y numerosas que en los Cumulonimbos típicos, apareciendo tanto en la parte trasera del
yunque como en la delantera.
El overshooting o torreón (figura 3.7) suele ser bien identificado si nos encontramos suficientemente lejos
de la tormenta, sobresaliendo entre 1 y 3 km por encima del propio yunque, siendo posible su intrusión en la
estratosfera.
Figura 3.5 Yunque denso, masivo, en el tope de una supercélula proveniente de un “storm-splitting”,
Madrid-Guadalajara, 7 de Septiembre de 2004. Foto J.A. Quirantes.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 21 -Figura 3.6 Yunque extendiéndose hacia atrás en la parte trasera de la supercélula.
Foto J.A. Quirantes.
Figura 3.7 “Overshooting” sobresaliendo por encima del yunque de una supercélula
Foto © Alberto Lunas Arias.
Figura 3.8 Mammatus asociados al yunque de una supercélula.
Foto © Mike Hollingshead.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 22 -La estructura de una tormenta supercelular muestra comúnmente un conjunto de estrías o bandas en los
bordes de la nube confiriéndole un aspecto de sacacorchos (corkscrew) indicativo del giro mesoescalar, o en
forma de estriaciones curvadas de manera similar a las rayas de los postes de los antiguos barberos (barber
pole). Estas estrías y bandas no son otra cosa que la manifestación del giro de la corriente ascendente. Este giro
debe ser solidario, mesoescalar y duradero. Ver figuras 3.9 y 3.10.
Figura 3.9. Bandas en forma de sacacorchos en una supercélula.
A la derecha se sitúa la FFD y en la zona central-izquierda una más pequeña RFD.
Foto © Mike Hollingshead.
Figura 3.10. Bandas en forma de sacacorchos en una supercélula muestran gran parte del mesociclón.
A la derecha se sitúa la FFD y en la zona central, detrás del mesociclón, la RFD.
Foto © Mike Hollingshead.
Características básicas de las supercélulas en España. Página - 23 -También puede leer
